DK201400065A1 - Procedure for controlling autonomous vehicles, as well as use - Google Patents

Abstract

Opfindelsen omfatter en fremgangsmåde til styring af selvkørende autonome og semi autonome køretøjer (1) hvor styringen anvender både et GNSS (2), herunder GPS og et foruddefineret RFID (3) baseret system og hvor GNSS (2) anvendes udendørs og hvor RFID (3) anvendes indendørs og hvor der foretages en detektion af om køretøjet (1) er udendørs eller indendørs ved hjælp af en algoritme (9), der kontinuert kombinerer informationerne fra GNSS (2) og RFID (3) systemerne. Desuden omfatter opfindelsen anvendelse af fremgangsmåden, til styring af selvkørende autonome og semi autonome køretøjer (1), hvor køretøjerne (1) anvendes i landbrugsektoren, herunder til landbrugs robotter men også til kørsel på lagre og til persontransport. Med opfindelsen opnås at det er muligt at selvkørende semi-autonome og autonome køretøjer kan bringes til at navigere med høj præcision i såvel udendørs og indendørs miljøer uden særlig omfattende forberedelser.The invention comprises a method for controlling self-driving autonomous and semi-autonomous vehicles (1) wherein the control uses both a GNSS (2), including GPS and a predefined RFID (3) based system and where GNSS (2) is used outdoors and where RFID (3) is used. ) is used indoors and detecting whether the vehicle (1) is outdoors or indoors using an algorithm (9) that continuously combines the information from the GNSS (2) and RFID (3) systems. In addition, the invention encompasses the use of the method for controlling self-driving autonomous and semi-autonomous vehicles (1), where the vehicles (1) are used in the agricultural sector, including for agricultural robots but also for warehousing and passenger transport. The invention provides that it is possible for self-driving semi-autonomous and autonomous vehicles to be navigated with high precision in both outdoor and indoor environments without particularly extensive preparation.

Description

Fremgangsmåde til styring af autonome køretøjer, samt anvendelseProcedure for controlling autonomous vehicles, as well as use

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til styring af selvkørende autonome og semi autonome køretøjer ved hjælp af en kombination af RFID tags og GNSS (Global navigation Satellite System).The invention relates to a method for controlling self-driving autonomous and semi-autonomous vehicles using a combination of RFID tags and GNSS (Global Navigation Satellite System).

Desuden angår opfindelsen anvendelse af fremgangsmåden. I en vis udstrækning har RFID tags tidligere været anvendt især indendørs til positionering og navigering af semi-autonome og autonome køretøjer, hvor RFID tags er monteret på eller i gulve og/eller vægge. RFID tag’ene bliver læst af en eller flere på køretøjet monteret RFID læsere, og ved hjælp af RFID tag’ens unikke ID, kan køretøjet ud fra en viden om tag’enes placering foretage en positionering af køretøjet.In addition, the invention relates to the use of the method. To some extent, RFID tags have previously been used especially indoors for positioning and navigation of semi-autonomous and autonomous vehicles where RFID tags are mounted on or in floors and / or walls. The RFID tags are read by one or more RFID readers mounted on the vehicle, and using the unique ID of the RFID tag, the vehicle can position the vehicle based on the knowledge of the tags.

Denne positioneringsform har en god nøjagtighed men kræver en forudgående montage af RFID tag’ene i et bestemt mønster eller efter en forud defineret model. GNSS, som står for ’’Global navigation Satellite System”, f.eks. GPS, er også taget i udbredt anvendelse til positionering og navigering af semi-autonome og autonome køretøjer udendørs, hvor satellit modtagelsen er god og præcisionenen af positieringen dermed bliver tilstrækkelig.This positioning mode has good accuracy but requires a prior assembly of the RFID tags in a specific pattern or model. GNSS, which stands for '' Global Navigation Satellite System '', e.g. GPS, is also widely used for positioning and navigation of semi-autonomous and autonomous vehicles outdoors, where satellite reception is good and the precision of positioning thus becomes sufficient.

Autonome køretøjer kan ved hjælpe af GNSS systemer navigere imellem forudgående definerede punkter.Using GNSS systems, autonomous vehicles can navigate between pre-defined points.

Den kendte teknologi er beskrevet eksempelvis i følgende patenter, der omhandler anvendelse af RFID og GNSS systemer. CN101387699, US2011199917 (A1) og TW201203126 (A) Disse patenter omhandler anvendelsen i forbindelse med lokalisering af objekter eller køretøjer i stedet for styring af selvkørende køretøjer.The known technology is described, for example, in the following patents, which deal with the use of RFID and GNSS systems. CN101387699, US2011199917 (A1) and TW201203126 (A) These patents deal with the use of locating objects or vehicles instead of self-driving vehicles.

Der er flere ulemper ved den kendte teknologi. Eksisterende positioneringsløsninger, som RFID og GNSS systemer, er specielt velegnede til enten indendørs positionering med RFID eller udendørs positionering med GNSS, men teknologierne har indtil nu ikke været kombineret til styring af selvkørende køretøjer, der skal navigere både indendørs og udendørs.There are several disadvantages to the known technology. Existing positioning solutions, such as RFID and GNSS systems, are particularly well suited for either indoor positioning with RFID or outdoor positioning with GNSS, but the technologies have so far not been combined to control self-driving vehicles that must navigate both indoors and outdoors.

Anvendelse af et RFID system udendørs er ikke praktisk, eftersom en placering af RFID-tags på jorden kun vanskeligt kan lade sig gøre. Desuden kan man kun navigere efter et fast kørespor, defineret udfra placeringen af de anvendte RFID-tags, og løsningen kræver ganske mange tags samt en forudgående installation, der er både både tids- og omkostningskrævende .Using an RFID system outdoors is not practical, as placing RFID tags on the ground can be difficult to do. In addition, you can only navigate a fixed track, defined from the location of the RFID tags used, and the solution requires quite a few tags as well as a prior installation that is both time and cost intensive.

Mulighederne for anvendelse af GNSS indendørs vil ofte være stærkt begrænset pga. dæmpning og refleksioner af signalerne fra satellitterne i tagkonstruktioner og andre objekter, der spærrer for frit udsyn til satellitterne. Derfor er der ingen større udbredelse af indendørs GNSS baserede positioneringsløsninger.The possibilities of using GNSS indoors will often be severely limited due to attenuation and reflections of the signals from the satellites in roof structures and other objects blocking the view of the satellites. Therefore, there is no widespread use of indoor GNSS based positioning solutions.

Det er derfor et formål med opfindelsen at forbedre den kendte teknik til styring af selvkørende autonome og semi-autonome køretøjer, så de kan navigere både indendørs og udendørs.It is therefore an object of the invention to improve the prior art for controlling self-driving autonomous and semi-autonomous vehicles so that they can navigate both indoors and outdoors.

Opfindelsens formål tilgodeses ved en fremgangsmåde af den i indledningen til krav 1 angivne type, som er karakteristisk ved at styringen anvender både et GNSS, herunder GPS og et foruddefineret RFID baseret system og hvor GNSS anvendes udendørs og hvor RFID anvendes indendørs og hvor der foretages en detektion af om køretøjet er udendørs eller indendørs ved hjælp afen algoritme, der kontinuert kombinerer informationerne fra GNSS og RFID systemerne. På denne måde bliver det således muligt at selvkørende semi-autonome og autonome køretøjer kan bringes til at navigere med høj præcision i såvel udendørs og indendørs miljøer uden særlig omfattende forberedelser. RFID-tags behøves kun at blive opsat indendørs i begrænset omfang, og udendørs kan der navigeres fleksibelt og enkelt vha. GNSS signaler, uden brug af RFID tags og uden et fastlagt kørespor. Øvrige hensigtsmæssige fremgangsmåder er angivet i krav 2-5.The object of the invention is met by a method of the type set forth in the preamble of claim 1, characterized in that the control uses both a GNSS, including GPS and a predefined RFID based system and where GNSS is used outdoors and where RFID is used indoors and where a Detection of whether the vehicle is outdoors or indoors using an algorithm that continuously combines the information from the GNSS and RFID systems. In this way, it becomes possible that self-driving semi-autonomous and autonomous vehicles can be made to navigate with high precision in both outdoor and indoor environments without particularly extensive preparation. RFID tags need only be set up indoors to a limited extent, and outdoors can be navigated flexibly and easily using GNSS signals, without the use of RFID tags, and without a defined driving track. Other suitable methods are set forth in claims 2-5.

Som nævnt angår opfindelsen også anvendelse af fremgangsmåden til styring af robotter i landbrugssektorenAs mentioned, the invention also relates to the use of the method of controlling robots in the agricultural sector

Flerved bliver det muligt at have selvkørende køretøjer i lanbrugssektorer, der kan navigere både udendørs og indendørs Øvrige hensigtsmæssige anvendelser er angivet i krav 7 - 8In addition, it will be possible to have self-driving vehicles in agricultural sectors that can navigate both outdoors and indoors. Other appropriate uses are specified in claims 7 - 8

Opfindelsen skal herefter nærmere forklares under henvisning til tegningerne, på hvilke:The invention will now be explained in more detail with reference to the drawings, in which:

Fig. 1 viser et 3D billede af et køretøj og de 2, GNSS og RFID baserede systemer.FIG. Figure 1 shows a 3D image of a vehicle and the 2, GNSS and RFID based systems.

Fig. 2 viser et 3D billede af et køretøj, der styres ved hjælp af et RFID system.FIG. Figure 2 shows a 3D image of a vehicle controlled by an RFID system.

Fig. 3 viser et billede af et køretøj inderdørs, og et GNSS system med svækket signal som følge af tagkonstruktionenFIG. 3 shows a picture of a vehicle interior door and a GNSS system with attenuated signal as a result of the roof structure

Fig. 4 viser et billede af et køretøj udendørs, der styres ved hjælp af et GNSS systemFIG. Figure 4 shows an image of an outdoor vehicle controlled by a GNSS system

Fig. 5 viser en skematisk oversigt over den anvendte algoritme På fig. 1 er med (1) betegnet vist et autonomt eller semi-autonomt selvkørende køretøj, der navigerer ved hjælp af 2 systemer. Disse 2 systemer er et GNSS (2), herunder GPS og et RFID (3) baseret system På køretøjet (1) forefindes en kontrol computer, med software der selv kan afgøre om køretøjet (1) befinder sig indendørs eller udendørs, baseret på antallet af satellitter (8) man modtager signaler fra, samt deres RSSI (modtaget signal feltstyrke) samt eventuelle øvrige bevægelsessensor inputs, og som dermed selv kan bestemme, hvilken positionerings teknologi, GNSS (2) eller RFID (3), der skal anvendes på det pågældende tidspunkt. På fig 2 er med (1) betegnet vist et autonomt eller semi-autonomt selvkørende køretøj, der navigerer ved hjælp af et RFID (3) baseret system. Dette fungerer ved, at der er monteret RFID tag's (5) på forudbestemte positioner på eller i gulve og/eller vægge. RFID tag’ene (5) bliver læst af en eller flere på køretøjet (1) monteret RFID læsere (4), og ved hjælp af RFID tag’ens (5) unikke ID, kan køretøjet (1) ud fra en viden om RFID tag’enes (5) placering foretage en positionering af køretøjet (1). Denne absolutte positioneringsform har en god nøjagtighed men kræver en forudgående montage af RFID tag’ene (5) i et bestemt mønster, eller efter en forud defineret model.FIG. 5 shows a schematic overview of the algorithm used. 1 is (1) designated an autonomous or semi-autonomous self-driving vehicle navigating by means of 2 systems. These 2 systems are a GNSS (2), including GPS and an RFID (3) based system. On the vehicle (1) there is a control computer, with software that can determine whether the vehicle (1) is indoors or outdoors based on the number of satellites (8) from which signals are received, as well as their RSSI (received signal field strength) and any other motion sensor inputs, which can then decide for themselves which positioning technology, GNSS (2) or RFID (3) to use on it at that time. In Fig. 2, (1) is indicated an autonomous or semi-autonomous self-driving vehicle navigating by means of an RFID (3) based system. This works by having RFID tag's (5) mounted at predetermined positions on or in floors and / or walls. The RFID tags (5) are read by one or more RFID readers (4) mounted on the vehicle (1), and using the unique ID of the RFID tag (5), the vehicle (1) can, based on a knowledge of RFID, position the roofs (5) of the vehicle (1). This absolute positioning mode has good accuracy but requires a prior assembly of the RFID tags (5) in a particular pattern, or according to a predefined model.

Der kan også foretages en relativ positionering i forhold til et bevægeligt objekt, f.eks. et andet køretøj hvorpå der er placeret RFID tags (5) både indendørs og udendørs, når det andet køretøj er indenfor RFID læsernes (4) rækkevidde. På fig 3 er med (1) betegnet vist et autonomt eller semi-autonomt selvkørende køretøj, der forsøger at navigerer indendørs ved hjælp af et GNSS (2) baseret system. Mulighederne for anvendelse af GNSS indendørs vil ofte være stærkt begrænset pga. signal dæmpning (7) og refleksioner af signalerne fra satellitterne i tagkonstruktioner (6) og andre objekter, der spærrer for frit udsyn til satellitterne (8).Relative positioning can also be made relative to a moving object, e.g. another vehicle on which RFID tags (5) are placed both indoors and outdoors when the other vehicle is within RFID reader (4) range. In Figure 3, (1) is indicated an autonomous or semi-autonomous self-propelled vehicle attempting to navigate indoors using a GNSS (2) based system. The possibilities of using GNSS indoors will often be severely limited due to signal attenuation (7) and reflections of the signals from the satellites in roof structures (6) and other objects blocking the view of the satellites (8).

Derfor er der ingen større udbredelse af indendørs GNSS (2) baserede positioneringsløsninger. På fig 4 er med (1) betegnet vist et autonomt eller semi-autonomt selvkørende køretøj, der navigerer ved hjælp af et GNSS (2) baseret system. GNSS (2), anvendes udendørs, hvor satellit (8) modtagelsen er god og præcisionenen af positieringen dermed bliver tilstrækkelig. Autonome køretøjer (1) kan ved hjælpe af GNSS (2) systemer navigere imellem forudgående definerede punkter. På fig 5 er med (9) vist en skematisk oversigt over den anvendte algoritme. Positionerings løsningen er opdelt i to trin; A, Bestemmelse af pålideligheden af GNSS positions beregning ved hjælp af både oplysninger om fix-niveau (single, float, fast) og estimeret varians, og B, sammenligning af GNSS målingerne med odometri information leveret af køretøjets øvrige sensorer, herunder enkodere, der måler omdrejninger på hjulene og IMU enheder, der måler bevægelse i form af acceleration. Så fremt GNSS-systemet ikke kan levere en position med en acceptabel lav usikkerhed, så bliver GNSS målingerne ikke indarbejdet i positionsfilteret. Så fremt GNSS-systemet derimod har et fix, bliver variansen, som anslået af GNSS processoren, brugt til at afgøre, om dette fix er ok. Efter denne validering, sammenlignes GNSS positionen med den sidst kendte position, og den relative bevægelse sammenlignes desuden med den relative bevægelse målt med odometri fra enkoderog IMU. Så fremt forskellen i bevægelse er større end en given tærskelværdi, bliver GNSS variansen der bruges af EKF filtret sat til en høj værdi og så fremt forskellen er lille, så bliver variansen indstillet til en lav værdi. Så fremt der på noget tidspunkt læses en RFID-tag og dennes position er kendt, så indstilles positions filteret til den nye kendte position.Therefore, there is no greater prevalence of indoor GNSS (2) based positioning solutions. In Figure 4, (1) is indicated an autonomous or semi-autonomous self-driving vehicle navigating by means of a GNSS (2) based system. GNSS (2), is used outdoors where the satellite (8) reception is good and the precision of the positioning thus becomes sufficient. Autonomous vehicles (1) can navigate through predefined points using GNSS (2) systems. Fig. 5 shows (9) a schematic overview of the algorithm used. The positioning solution is divided into two steps; A, Determining the reliability of GNSS position calculation using both fix-level information (single, float, fixed) and estimated variance, and B, comparing the GNSS measurements with odometry information provided by the vehicle's other sensors, including encoder measuring rotations on the wheels and IMU units that measure movement in the form of acceleration. Unless the GNSS system cannot deliver a position with an acceptable low uncertainty, the GNSS measurements will not be incorporated into the position filter. However, as long as the GNSS system has a fix, the variance, as estimated by the GNSS processor, is used to determine if this fix is ok. After this validation, the GNSS position is compared to the last known position, and the relative motion is also compared to the relative motion measured by encoder and IMU odometry. As the difference in motion is greater than a given threshold, the GNSS variance used by the EKF filter is set to a high value and as the difference is small, the variance is set to a low value. If at any time an RFID tag is read and its position is known, then the position filter is set to the new known position.

Claims (8)

1. Fremgangsmåde til styring af selvkørende autonome og semi autonome køretøjer (1) kendetegnet ved at styringen anvender både et GNSS (2), herunder GPS og et foruddefineret RFID (3) baseret system og hvor GNSS (2) anvendes udendørs og hvor RFID (3) anvendes indendørs og hvor der foretages en detektion af om køretøjet (1) er udendørs eller indendørs ved hjælp af en algoritme (9), der kontinuert kombinerer informationerne fra GNSS (2) og RFID (3) systemerne.A method for controlling self-driving autonomous and semi-autonomous vehicles (1) characterized in that the control uses both a GNSS (2), including GPS and a predefined RFID (3) based system and where GNSS (2) is used outdoors and where RFID ( 3) is used indoors and detecting whether the vehicle (1) is outdoors or indoors using an algorithm (9) that continuously combines the information from the GNSS (2) and RFID (3) systems. 2. Fremgangsmåde i henhold til krav 1 kendetegnet ved at algoritmen (9) er delt i to trin; A, bestemmelse af pålideligheden af GNSS positions beregning og B, sammenligning af GNSS målingerne med odometri information leveret af køretøjets øvrige sensorer, herunder enkodere og IMU enhederMethod according to claim 1, characterized in that the algorithm (9) is divided into two steps; A, determining the reliability of GNSS position calculation and B, comparing the GNSS measurements with odometry information provided by the vehicle's other sensors, including encoder and IMU devices 3. Fremgangsmåde i henhold til krav 2 kendetegnet ved at så fremt GNSS (2) systemet kan levere en position med en acceptabel lav usikkerhed, sammenlignes GNSS (2) positionen med den sidst kendte position, og at den relative bevægelse sammenlignes med den relative bevægelse målt med odometri fra enkoderog IMU.Method according to claim 2, characterized in that, as long as the GNSS (2) system can deliver a position with an acceptable low uncertainty, the GNSS (2) position is compared with the last known position and the relative motion is compared with the relative motion. measured with odometry from encoder and IMU. 4. Fremgangsmåde i henhold til krav 1 kendetegnet ved at algoritmen (9) kontinuert sammenligner GNSS (2) målingerne med RFID (3) systemet og så fremt der læses en RFID-tag (5) og dennes position er kendt, så indstilles positions filteret til den nye kendte position.Method according to claim 1, characterized in that the algorithm (9) continuously compares the GNSS (2) measurements with the RFID (3) system and as soon as an RFID tag (5) is read and its position is known, the position of the filter is adjusted. to the new known position. 5. Fremgangsmåde i henhold til krav 1 kendetegnet ved at RFID (3) systemet anvendes til en relativ positionering med acceptabel lav usikkerhed i forhold til et ikke forudbestemt bevægeligt objekt, hvorpå der er placeret RFID tags (5), herunder et andet køretøj og hvor det bevæglige objekt kan lokaliseres både indendørs eller udendørs.Method according to claim 1, characterized in that the RFID (3) system is used for a relative positioning with acceptable low uncertainty in relation to an undetermined moving object on which RFID tags (5) are placed, including another vehicle and wherein the moving object can be located both indoors and outdoors. 6. Anvendelse af fremgangsmåden, ifølge et eller flere af kravene 1-2 til styring af selvkørende autonome og semi-autonome køretøjer (1), hvor køretøjerne (1) anvendes i landbrugsektoren, herunder som landbrugs robotter.Use of the method according to one or more of claims 1-2 for the control of self-driving autonomous and semi-autonomous vehicles (1), wherein the vehicles (1) are used in the agricultural sector, including as agricultural robots. 7. Anvendelse af fremgangsmåden, ifølge et eller flere af kravene 1-2 til styring af selvkørende autonome og semi-autonome køretøjer (1), hvor køretøjerne (1) anvendes til kørsel på lagre.Use of the method according to one or more of claims 1-2 for the control of self-driving autonomous and semi-autonomous vehicles (1), wherein the vehicles (1) are used for driving in warehouses. 8. Anvendelse af fremgangsmåden, ifølge et eller flere af kravene 1-2 til styring af selvkørende autonome og semi-autonome køretøjer (1), hvor køretøjerne (1) anvendes til persontransport, herunder selvkørende biler.Use of the method according to one or more of claims 1-2 for the control of self-driving autonomous and semi-autonomous vehicles (1), wherein the vehicles (1) are used for passenger transport, including self-driving cars.